Знайомтеся, Deltaflow.OS: учені створили першу операційну систему для квантових комп'ютерів

Квантові обчислення — одна зі сфер, яка стрімко розвивається в 2021 році. Нещодавно вчені з IBM на практиці довели перевагу квантових процесорів перед класичними аналогами. Потім дослідники з КНР змогли стабілізувати й успішно працювати з 56-кубітною системою. А тепер фахівці з британського стартапу Riverlane й американської компанії Seeqc створили й протестували мікросхему для квантових обчислень, яка має інтегровану операційну систему для управління робочим процесом і кубітами. Експерти впевнені, що квантова революція не за горами.

Про це повідомляє видання tomshardware.com.

Навіщо квантовому компʼютера потрібна операційна система

Новий чіп, створений консорціумом інженерів і програмістів, робить можливим масштабованість квантових обчислень. Учені мають на меті — довести кількість кубітів до мільйонів, але поки максимум, який вони можуть дозволить, — це 76-кубітна система, яка дозволила Китаю претендувати на квантову перевагу. Звичайно, є й інші способи масштабування, крім збільшення кількості кубітів — розгортання кількох мікросхем в одній автономній системі або звʼязка з декількох окремих систем. І в цьому сенсі квантова операційна система (ОС) має першорядне значення.

У червні розробники презентували першу в світі ОС для квантових компʼютерів, що працює на компактному процесорі (це означає, що операційка може старанно функціонувати, незалежно від типу пристроїв). Називається вона Deltaflow.OS, а її створення коштувало £7,6 млн — саме таку суму виділив уряд Великобританії як грант.

Співзасновник Seeqc, Меттью Хатчінгс, впевнений, що ця розробка допоможе комерціалізувати квантові обчислювачі в майбутньому, точно так само, як мікрочіпи зробили доступною практично будь-яку смарт-техніку. Поки що квантові компʼютери займають цілу кімнату, і, як ви знаєте, раніше звичайні компʼютери були теж такими ж великими. Але пройшли роки, і тепер компʼютер поміщається у нас на долоні. Те ж саме відбудеться й у сфері квантових обчислень, впевнений експерт.

Варто зазначити, що Deltaflow.OS Riverlane — це ОС з відкритим вихідним кодом, доступна на Github. Розробники навмисно використовували відкритий підхід для якнайшвидшого виходу на ринок. І в цьому є сенс, оскільки більше 50 квантових компʼютерів, уже побудованих по всьому світу, працюють на незалежно розробленому програмному забезпеченні, тому поки що не існує єдиного стандарту щодо систем розгортання та управління квантовими компʼютерами.

Як працює квантова операційна система

Програмісти з Riverlane створили багаторівневу SoC (SoC — система на кристалі) — Digital Quantum Managament (DQM). Вона обʼєднує класичні обчислювальні можливості з квантовою механікою. У роботі системи задіяний співпроцесор Single Flux Quantum (SFQ), який дозволяє ОС взаємодіяти з кубітами — керувати ними, зчитувати й обробляти дані, а також виправляти помилки. Цей підхід дає безліч переваг, оскільки ресурси SFQ суміщені й інтегровані з кубітними чіпами в кріоохолоджуваному середовищі, що в рази підвищує ефективність управління кубітами, знижує рівень шуму, мінімізує кількість помилок тощо. Дослідники застосували деякі принципи класичних обчислень. Зокрема такий: чим ближче знаходяться кубіти, тим вони продуктивніші. Це дозволяє ОС працювати і розміщується поруч з активними кубітами, фактично виконують обчислення.

Завдяки зусиллям Riverlane і Seeqc, вся екосистема тепер може стати більш згуртованою, що дасть можливість спільно вирішувати проблеми розгортання та експлуатації рішень квантових обчислень на кристалі, виробляючи спільні стандарти.

Коли ми зможемо скористатися квантовими компʼютерами?

Фізик Шимус Девіс з Ірландії вважає, що це станеться зовсім скоро. А все завдяки його відкриттю, яке він разом із колегами зробив у червні 2021 року. Почалося все пʼять років тому, коли професор Девіс почав конструювати спеціальний мікроскоп із тим, щоб виявити в купратах (купрати — складні сполуки оксидів міді, — ред.) квантовий стан двох електронів, які взаємодіють, що дозволяє досягти надпровідності. Справа в тому, що надпровідники вкрай важливі для роботи квантових обчислювачів, але є одна проблема: власне надпровідники здатні працювати за дуже низької температури -270°С. Девіс намагався зʼясувати, чи мають звичайні напівпровідники такий ефект, який би забезпечив надпровідність за кімнатної температури. Зʼясувалося, що так — мають. А побачити, як це відбувається він зміг у цьому році за допомогою свого супермікроскопа.

Раніше ми повідомляли про те, що вчені вдосконалили квантові обчислювачі незвичайним способом, і тепер кубітні системи працюватимуть набагато стабільніше.